СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ СИЛИКАТОВ Российский патент 2014 года по МПК C02F1/60 C02F1/28 B01J20/08 B01J20/34 C01B33/26 C02F103/02 

Изобретение относится к области очистки воды и может быть использовано на очистных сооружениях производственного и хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также при очистке сточных вод.

Известен способ обескремнивания воды фильтрованием через магнезиальный сорбент при высоте слоя сорбента 3,4-4,0 м, температуре воды 40-50°C и скорости фильтрования до 10 м/ч (Николадзе Г.И. Технология очистки природных вод: учеб. для вузов / Г.И. Николадзе, - М.: Высшая школа, 1987, с 438.).

Недостаток данного способа заключается в необходимости часто менять загрузку фильтра из-за невозможности его регенерации.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ фильтрования воды через активированную окись алюминия, используемую в качестве загрузки обескремнивающего фильтра, и заключающийся в пропуске воды со скоростью 5-6 м/ч через слой загрузки толщиной 1,5 м и периодической регенерации загрузки, после перенасыщения ее кремнием, 0,1%-ным раствором едконатровой щелочи (Николадзе Г.И. Технология очистки природных вод: учеб. для вузов / Г.И. Николадзе. - М.: Высшая школа, 1987, с 438.).

Недостатком этого способа является низкая кремнеемкость активированной окиси алюминия, регенерируемой щелочью, небольшой межрегенерационный период работы фильтра и образование отхода водоочистки в виде щелочного кремнийсодержащего стока, требующего последующей нейтрализации и захоронения.

Задачей настоящего изобретения является повышение сорбционной емкости загрузки по поглощаемому кремнию, увеличение продолжительности фильтроцикла между регенерациями загрузки и создание безотходной технологии обескремнивания воды с повторным использованием отработанного регенерационного раствора.

Поставленная задача достигается тем, что в способе очистки воды от силикатов, включающем фильтрование воды сквозь слой сорбента, в качестве которого используют активированный оксид алюминия (АОА), периодическую регенерацию активированного оксида алюминия проводят раствором алюмината натрия.

Благодаря регенерации активированного оксида алюминия раствором алюмината натрия способ позволяет добиться глубины обескремнивания до 99,5% за счет увеличения сорбционной емкости АОА по поглощенному кремнию при одновременном снижении жесткости воды.

При контакте алюмината натрия с АОА ионы натрия частично поверхностно внедряются в решетку оксида алюминия, вытесняя ионы алюминия (с их последующим гидролизом) в раствор. При этом кремний в составе мономера Si(OH)₄ адсорбируется на поверхности АОА, образуя типичную для силикатов связь в виде силиката алюминия Al₂Si₂O₅(OH)₄. Параллельно этому на поверхности загрузки образуется пленка гидроксида алюминия. При фильтровании в результате ионного обмена Na⁺ на Са²⁺ и Mg²⁺ снижается жесткость раствора, а растворенные силикаты, взаимодействуя с оксидом и гидроксидом алюминия, образуют алюмосиликатные комплексы, сорбируемые загрузкой. Параллельно с обменом катионов Са²⁺ и Mg²⁺ на Na⁺ также происходит частичное реагентное умягчение с задержанием в загрузке образующихся CaCO₃ и Mg(OH)₂, а также нерастворимого CaSiO₃.

Способ иллюстрируется следующим примером.

Процесс очистки по предлагаемому способу осуществляли фильтрованием природной воды с исходной концентрацией кремния 34,2 мг/л в колонке диаметром 32 мм, загруженной дробленным активированным оксидом алюминия марки АОА-1 ГОСТ 8136-85 размером фракций 1-2 мм, высота слоя 1,2 м, при скорости фильтрования воды 5,5-6,0 м/ч и температуре 20°C.

Предварительную обработку (модификацию) фильтрующего слоя из активированного оксида алюминия осуществляли пропусканием 0,5%-ного раствора алюмината натрия через объем загрузки из расчета 5 объемов реагента на 1 объем АОА со скоростью протока 2,5 м/ч. По окончании фильтроцикла (при достижении концентрации кремния в фильтрате ПДК=10 мг/л) АОА регенерируют последовательно по схеме: взрыхление - пропуск 0,5%-ного раствора алюмината натрия (NaAlO₂) через слой АОА - отмывка загрузки. Отработанный регенерационный раствор после 4-6 часового стояния (полимеризации) и отделения этого раствора от сформировавшегося геля доводят до 0,5%-ного раствора добавлением в раствор свежей порции алюмината натрия (NaAlO₂) и используют повторно и многократно в разработанной технологии обескремнивания воды.

Регенерация полностью восстанавливает сорбционные свойства АОА, при этом кремнеемкость загрузки, обработанной алюминатом натрия, в два раза выше по сравнению с прототипом.

Данные эксперимента представлены в таблице 1.

Преимущество изобретения состоит в том, что в предлагаемом способе повышается эффект очистки от силикатов и решается вопрос обработки, повторного использования и утилизации отходов водоочистки.

Образующийся в отработанном регенерационном растворе рыхлый гелеобразный алюмосиликатный осадок занимает менее 0,5% в общем объеме отработанного раствора, легко отдает влагу и кристаллизуется в процессе обычного тканевого фильтрования с образованием чешуйчатых кристаллических структур по типу слюды. Получаемый продукт удобен для фасовки и может быть реализован как коммерческий продукт в качестве ценного сырьевого компонента портландцементной смеси, а также как добавка в огнеупорные бетоны и в качестве сырья при производстве керамических изделий. Расчет экономической эффективности разработанной новой технологии для водоочистной станции производительностью 45 тыс.м³ в сутки, при принятых одинаковых затратах на электроэнергию, амортизацию и заработную плату показывает, что расходы на технологические реагенты и материалы в новой технологии до 3 раз меньше, чем в сравниваемом варианте, при ее полной безотходности, экологической безопасности и коммерческой целесообразности, см. таблицу 2.

Таблица 1 Реагент Остаточный кремний в фильтрате, мг/л, при продолжительности фильтрования, ч: 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 NaOH 1,82 2,85 4,07 5,09 6,31 7,12 8,34 9,77 10,78 12,82 14,85 17,10 20,36 23,61 26,97 NaAlO₂ 0,21 0,23 0,26 0,31 0,40 0,51 0,72 1,92 3,05 4,47 5,29 6,51 8,14 9,77 11,13

Таблица 2 Показатели Ед. измерения Регенерация АОА алюминатом натрия Регенерация АОА едким натром Полезная производительность водоочистной станции тыс. м³/сут. 45,0 45,0 Продолжительность фильтроцикла сут. 4,4 2,1 Скорость фильтрования м/ч 5,0 5,0 Высота фильтрующего слоя м 2,5 2,5 Кремнеемкость загрузки кг SiO₂/M³ 15 7 Расход реагента на регенерацию загрузки т/год 476,5 1638 Расход фильтрующего материала м³/год 90* 90* Стоимость реагента тыс. руб./т 30,45 26,35 Стоимость фильтрующего материала тыс. руб./м³ 55,0 55,0 Затраты на реагенты тыс. руб./год 14509,4 43161,3 Затраты на фильтрующий материал тыс. руб./год 4950 4950 Удельные затраты на очистку воды руб./м³ 1,18 2,93

Изобретение может быть использовано на очистных сооружениях производственного и хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также при очистке сточных вод от силикатов. Для осуществления способа очищаемые воды фильтруют через слой активированного оксида алюминия, предварительно модифицированный 0,5%-ным раствором алюмината натрия. Регенерацию отработанного активированного раствора алюмината натрия осуществляют 0,1-0,5%-ным раствором алюмината натрия. Способ обеспечивает повышение сорбционной емкости загрузки по поглощаемому кремнию, увеличение продолжительности фильтроцикла между регенерациями загрузки и создание безотходной технологии обескремнивания воды с повторным использованием отработанного регенерационного раствора. 2 табл., 1 пр.

Способ очистки воды от силикатов, включающий фильтрование воды через слой активированного оксида алюминия и его периодическую регенерацию, отличающийся тем, что активированный оксид алюминия предварительно модифицируют 0,5%-ным раствора алюмината натрия, а регенерацию отработанного активированного оксида алюминия осуществляют 0,1-0,5%-ным раствором алюмината натрия.